(57)【要約】【課題】エネルギー需要予測値に基づいて目標圧力を補正し、空気圧縮設備の圧力を制御する空気圧縮設備の運転制御方法を提供する。【解決手段】エネルギー需要予測部により圧縮機設備の計測されたエネルギー使用量，ヘッダー圧力，生産設備の生産負荷をフィードバックしてエネルギー需要予測を行い、製造工程の需要を含めて記録したエネルギー需要データと、圧縮機毎の性能を記録した圧縮機性能データとを用い、前記エネルギー需要データに記録された生産設備の要求する圧力を前記ヘッダー圧力が下回ることがないように最適化計算手段により各圧縮機の起動停止に関する運転計画を作成して各圧縮機の運転を制御する圧縮空気製造設備の運転制御方法。【選択図】  図１
2010190108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー需要予測部により圧縮機設備の計測されたエネルギー使用量，ヘッダー圧力、生産設備の生産負荷をフィードバックしてエネルギー需要予測を行い、製造工程の需要を含めて記録したエネルギー需要データと、圧縮機毎の性能を記録した圧縮機性能データとを用い、前記エネルギー需要データに記録された生産設備の要求する圧力を前記ヘッダー圧力が下回ることがないように最適化計算手段により各圧縮機の起動停止に関する運転計画を作成して各圧縮機の運転を制御する圧縮空気製造設備の運転制御方法。
【請求項２】
前記運転計画の作成が、圧縮機の運転コスト或いは温暖化ガス排出量が最小となるように、前記各圧縮機の起動停止が決定される請求項１に記載の圧縮空気製造設備の運転制御方法。
【請求項３】
前記エネルギー需要予測は、圧縮機の冷却により得られた熱エネルギーを用いて予測するものである請求項１の圧縮空気製造設備の運転制御方法。
【請求項４】
前記圧縮機の冷却により得られた熱エネルギーを温暖化ガス排出量の評価に用いる請求項１に記載の圧縮空気製造設備の運転制御方法。
【請求項５】
前記圧縮機の冷却に必要な熱エネルギーと供給能力を比較し、圧縮機台数決定に用いることを特徴とする請求項１に記載の圧縮空気製造設備の運転制御方法。
【請求項６】
エネルギー需要と生産負荷を予測し、ヘッダー圧力の目標設定値を決定する請求項１に記載の圧縮空気製造設備の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気圧縮設備の運転制御方法に係り、特にエネルギー需要予測値に基づいて目標圧力を補正し、空気圧縮設備の圧力を制御する空気圧縮設備の運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギー化のニーズに伴い、製造プラントでは、高精度な生産管理をしつつ、運転コストの最小化が求められている。例えば、製造工程の電力や蒸気を供給する用役プラント（ユーティリティプラントともいう）は、製造工程でのエネルギー需要を満たして、運転コストも低減させる必要がある。また、自家発電設備を備えた製造プラントでは、電力の売り買いを考慮しながら運転コストを最小化することが必要である。
【０００３】
このような製造工程で必要不可欠な設備の一つに、空気圧縮設備がある。空気圧縮設備では、生産工程側の空気使用量の変化、いわゆる負荷変化に応じた圧縮空気の吐出圧力制御や、コンプレッサーの台数制御を行う。省エネルギー運転の観点からは、吐出圧力低減やコンプレッサー運転台数の最適化が必要とされる。
【０００４】
従来の空気圧縮設備の運転制御方法としては、〔特許文献１〕に記載の吐出圧力制御があり、この制御では、圧力降下を予測して圧縮機の起動開始を決定することで、安定した吐出圧力制御を実現している。
【０００５】
また、〔特許文献２〕に記載の運転制御方法では、生産工程の負荷側の圧力を監視し、吐出圧力の目標値を補正することで運転台数を決定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４０４４９２号公報
【特許文献２】特開２０００−３８９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
〔特許文献１〕，〔特許文献２〕に記載の従来の空気圧縮設備の運転制御方法では、圧力計測値を用いた制御が主であるため、台数制御や吐出圧力制御が頻繁に実行される可能性がある。また、気温，湿度など環境条件の変化がある場合は管理が困難であり、生産条件の変更は人手による場合が多く、設備が分散している場合はその管理が困難である。
【０００８】
また、大規模の生産工程では、たとえば電力や冷却水のようなユーティリティの取り合いとなる場合があり、必要な圧縮空気を得るために不要なユーティリティを消費する場合がある。
【０００９】
本発明の目的は、エネルギー需要予測値に基づいて目標圧力を補正し、空気圧縮設備の圧力を制御する空気圧縮設備の運転制御方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、エネルギー需要予測値に基づいて目標圧力を補正し、省エネルギー運転を実現できる空気圧縮設備の運転制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、空気圧縮設備の運転制御方法として、エネルギー需要と生産負荷を予測し、ヘッダー圧力と比較して圧縮機の運転台数を設定する方法を用いる。ここで、空気圧縮設備の省エネルギー運転を目的とし、エネルギー需要予測データと、ヘッダー圧力を考慮し、かつ圧縮機の性能データを考慮した台数制御を適用することにより実現した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の空気圧縮設備の運転制御方法によれば、エネルギー需要と生産負荷を予測し、圧縮機台数制御を行うことで、エネルギー供給能力に見合った制御を実行することが可能となる。また、ヘッダー圧力と比較して圧縮機台数制御を行うことで、生産工程の負荷変化を考慮した制御が可能となる。この結果、省エネルギー運転ができ、温暖化ガス排出量を抑えた運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１である空気圧縮設備を具備した製造プラントの構成図である。
【図２】本実施例の空気圧縮設備の運転制御方法のフローチャートを示した図である。
【図３】本実施例の圧縮空気供給能力判定部の構成図である。
【図４】エネルギー需要データの一例を示した図である。
【図５】運転コストデータの一例を示した図である。
【図６】圧縮機性能データの一例を示した図である。
【図７】本実施例の需要変化と吐出圧力供給能力の計算結果の説明図である
【図８】本発明の実施例２の空気圧縮設備を具備した製造プラントの構成図である。
【図９】本実施例の空気圧縮設備の運転制御方法のフローチャートを示した図である。
【図１０】本実施例の需要変化と吐出圧力供給能力の計算結果の説明図である
【図１１】本実施例の空気圧縮設備の運転制御方法の運転計画案の計算結果の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の各実施例を図面により説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の実施例１を図１から図７により説明する。図１は、本実施例の空気圧縮設備を具備した製造プラントの構成図である。図１に示すように、製造プラントには、空気圧縮設備１０，空気圧縮機の吐出側に設けられたヘッダー３０，ヘッダー３０に接続され圧縮空気が供給される生産設備２０，空気圧縮設備１０の計測されたエネルギー使用量，ヘッダー圧力，生産設備２０の生産負荷をフィードバックしてエネルギー需要予測を行うエネルギー需要予測部６１，エネルギー需要予測部６１からの情報により供給能力の判定を行う供給能力判定部６２，エネルギー需要予測部６１と供給能力判定部６２と実績ＤＢ６３を具備した省エネルギー制御部６０，供給能力判定部６２からの情報，ヘッダー圧力のフィードバックにより吐出圧力の制御を行う吐出圧力制御部５１，吐出圧力制御部５１からの情報により圧縮機の運転台数設定を行う運転台数設定部５２，吐出圧力制御部５１と運転台数設定部５２を具備した圧縮機制御部５０で構成されている。
【００１６】
空気圧縮設備１０は、１台の圧縮機で構成される場合もあるが、通常は、複数台の圧縮機で構成されている。本実施例では、複数台の圧縮機で構成されている空気圧縮設備を対象としている。圧縮機には一定速で運転するもの、インバーターなどにより可変速運転されるものが含まれる。
【００１７】
生産設備２０は、圧縮空気を用いる製造ラインあるいは装置であり、複数台の圧縮機で、複数の製造ライン或いは複数台の装置に圧縮空気を供給している。通常、製造ライン、或いは装置は圧縮機の台数より多く設置される。
【００１８】
ヘッダー３０は、空気圧縮設備１０と生産設備２０をつなぐ位置に設置され、圧縮機の吐出圧力をヘッダー３０の圧力を計測することにより監視している。このヘッダー圧力が生産設備２０の要求する圧力を下回ることがないように制御される。
【００１９】
制御部５０は、空気圧縮設備１０の吐出圧力を制御し、圧縮機の台数制御を行う。吐出圧力制御部５１は、圧縮機のモータ制御などを行い、運転台数設定部５２では、設定された運転計画に基づき、圧縮機のオンオフ制御を行う。各々圧力制御信号と圧縮機起動停止信号を出力する。
【００２０】
本実施例の運転制御を行う省エネルギー制御部６０は、上述したように、エネルギー需要予測部６１，供給能力判定部６２、および実績ＤＢ６３で構成される。
【００２１】
エネルギー需要予測部６１は、空気圧縮設備１０からエネルギー使用量として、例えば電力量を読み取る。生産設備２０から生産負荷として、例えば末端圧力や圧縮空気使用量を読み取る。ヘッダー３０からは、ヘッダー圧力を読み取る。読み取ったエネルギー使用量，生産負荷、およびヘッダー圧力の実績値は実績ＤＢ６３に保存し、エネルギー需要予測において学習データとして用いる。
【００２２】
供給能力判定部６２は、エネルギー需要予測値を用いて、空気圧縮設備１０における圧縮空気の供給能力を判定し、吐出圧力目標値と圧縮機運転台数を導出する。この場合、エネルギー需要の対象には、すくなくとも圧縮空気が含まれ、予測した圧縮空気の使用量をもとに圧縮機制御を行う。
【００２３】
図２は、本実施例の一連の処理をフローチャートで記述した図である。ステップＦ１０で、エネルギー使用量，ヘッダー圧力値、および生産負荷を読み込み、ステップＦ２０で、エネルギー使用実績を読み込み、ステップＦ３０でエネルギー需要を計算する。ステップＦ３０で計算されたエネルギー需要予測結果を受けて、ステップＦ４０で、圧縮空気の供給能力を判定し、ステップＦ５０で吐出圧力制御を行い、ステップＦ６０で運転台数設定を実行する。ステップＦ７０で、運転計画を作成し、ステップＦ８０で作成された運転計画をプリンタ或いは画面に出力する。
【００２４】
図３は、本実施例の供給能力判定部６２の構成例を示す図である。エネルギー需要予測部６１で推定されたエネルギー需要予測とエネルギー需要の実績値を記録するエネルギー需要データ６００と、運転コストおよび温暖化ガス推定値６２０に基づき、最適化計算手段６１０により、吐出圧力目標値６５０と、吐出圧力目標値６５０に基づいて運転台数設定手段６３０で運転台数設定が求められる。最適化計算手段６１０で演算される計算方法は、例えば整数計画法や線形計画法であり、数値最適化方法であれば特に限定されない。運転台数設定手段６３０の演算結果は、運転計画データ６４０として出力される。
【００２５】
本実施例の供給能力判定部６２は、製造プラントのエネルギー需要データ６００と、プラントの運転コスト及び温暖化ガス推定値６２０を考慮し、圧縮空気の供給能力が需要を上回りつつ、最小の運転コストとなるように、空気圧縮設備１０の吐出圧力目標値，圧縮機の起動停止を決定し、製造プラントの低コスト運転、すなわち省エネルギー運転を実現するものである。また、必要に応じて温暖化ガス使用量が最小となるように制御される。
【００２６】
エネルギー需要データ６００は、製造プラントの製造工程の要求を記載したものであり、当日の需要または予測データ等が含まれる。エネルギー需要データ６００として、図４に示すように、例えば工場等で使用される電力，設備に供給される圧縮空気のヘッダー圧力，圧縮空気の使用量の需要または予測データが含まれている。エネルギー需要データ６００は、図１に示す実績ＤＢ６３に記憶されている。
【００２７】
図４の１行目に示す製造プラントの電力，圧力，空気使用量，その他Ａ，その他Ｂ毎に、図４の１行目に示す時刻単位に、２行目以降に時系列順に、例えば１時間間隔または日間隔で圧縮空気の需要または使用量の予測データ等の各データが記録されている。
【００２８】
図３に示す運転コスト及び温暖化ガス推定値６２０は、圧縮機の運転に要するコスト，温暖化ガスの発生量を推定するためのデータが記録されている。運転コストデータには、空気圧縮設備１０の運転に要するコストが記録され、圧縮機毎に運転コストとして、例えば単位時間当たりの費用が記録されている。この圧縮機毎の運転コストとして、圧縮機の起動コストが規定されている。また、圧縮機毎の圧縮空気供給能力等がデータベースに記憶されている。
【００２９】
例えば、圧縮機ＩＤが圧縮機Ａの場合、定常運転時の運転コストが１時間当たりＰ１であり、圧縮機Ａを停止状態から起動する際にかかる起動コストはｑ1である。圧縮機ＩＤが圧縮機Ｂ，圧縮機Ｃ等の場合も同様である。
【００３０】
図６は、圧縮機性能データを示す図で、圧縮機毎の可能な吐出圧力，圧縮空気の供給能力等が記録されている。例えば、図６に示す圧縮機ＩＤが圧縮機Ａでは、圧縮機Ａ単体で吐出圧力Ｐ１まで到達可能であり、圧縮空気量Ｓ１を供給可能である。
【００３１】
図３に示す最適化計算手段６１０は、制約条件を満たし、目的関数を最適化する問題を解く。制約条件は、例えば、吐出圧力は正の値であり、圧縮機の圧縮空気供給能力の範囲であること等である。
【００３２】
目的関数は、本実施例では、運転コストの合計を最小化できるか、或いは温暖化ガス使用量を最小化できるかである。
【００３３】
以下、最適化計算手段６１０に整数計画法を適用した場合を例にとり説明する。整数計画問題の解法として、ナップサック問題を適用し、エネルギー需要データを制約条件に用い、目的関数が最小化となるように、例えば単位時間毎の吐出圧力目標値と、運転する圧縮機の組み合せと起動停止を求める。
【００３４】
圧縮機の起動停止に関する運転計画を作成することから、例えば、圧縮機の起動が「１」、圧縮機の停止が「０」で表されるので、最適化計算手段６１０の出力結果は、圧縮機の起動停止状態に対応した「１」か「０」のデータ、またはオンかオフデータである。また、圧縮機の状態に応じて、運転コストデータを更新する。例えば、圧縮機が停止状態の場合は、起動に要する起動コストを加えて運転コストデータを修正する。圧縮機が稼動している場合は、起動コストがかからないので、起動コストは加算しない。停止に要するコストがかかる場合も同様に運転コストデータを修正する。
【００３５】
エネルギー需要データ６００は、図４に示すように、各対象エネルギーの需要項目（図４の１行目２列以降）毎に所定の時間間隔で並んだ数値データ（図４の２行２列目以降参照）であり、以下の表１の書式をとる。
【００３６】
【表１】
2010190108.tif 000003
【００３７】
エネルギー需要データ６００は、前述したように、予測値の場合もある。この場合は、需要予測データがエネルギー需要データ６００であり、対応する時刻は未来の時刻が記載される。
【００３８】
同様に、最適化計算手段６１０は、図５に示す運転コストデータを運転コスト及び温暖化ガス推定値６２０から読み込む。運転コストデータは、前述したように、圧縮機毎の運転にかかるコストを金額ベースで記載したものであり、主に、単位時間当たりの費用，運転に要する人件費などから決定され、表２の書式をとる。
【００３９】
【表２】
2010190108.tif 000004
【００４０】
表２に示される運転コストは、定常運転のコストであり、追加コストは、図５のその他に記載される起動コストなどが相当する。
【００４１】
最適化計算手段６１０は、図６に示す圧縮機性能データを記録している。圧縮機性能データは、前述したように、各圧縮機の到達圧力や供給能力を示すデータである。各圧縮機毎にデータ定義をするが、例えば複数の供給が可能な圧縮機を考慮し、性能項目を複数設定する。例えば、供給能力と定格値を併記した場合を表３に示す。
【００４２】
【表３】
2010190108.tif 000005
【００４３】
こうして、エネルギー需要データ６００，運転コスト及び温暖化ガス推定値６２０、および圧縮機性能データを読み込んだ後、最適化計算手段６１０において、整数計画問題を構築の上、後述する最適化計算を実行する。
【００４４】
本実施例の整数計画問題は、数１で示される目的関数と数２で示される制約条件から構成される。
【００４５】
（数１）
目的関数：Σｃj×ｘj    （ｉ＝１，...，ｍ，ｊ＝１，...，ｎ）        …（１）
【００４６】
（数２）
制約条件：Σａij×ｘj≦ｂi    （ｉ＝１，...，ｍ，ｊ＝１，...，ｎ）  …（２）
【００４７】
なお、変数ｊは運転計画の対象となる圧縮機毎に設定され、変数ｉは需要項目毎に設定される。例えば、圧縮機が１０台ある場合は、ｊ＝１，...，１０である。また需要項目が電力と圧力、空気使用量の場合は、ｉ＝１，２，３となる。
【００４８】
図４に示すエネルギー需要データ６００の各需要量は、数２の変数ｂiであり、運転コストデータは数１の変数ｃjであり、圧縮機性能データは、数２の変数ａijに対応する。
【００４９】
例えば、図６に示すように、圧縮機Ｃの圧力については、需要項目は１つ目のｉ＝１であり、圧縮機Ｃの圧縮機ＩＤが３つ目であるので、ｊ＝３であり、数３となる。
【００５０】
（数３）
ａ13＝Ｅ3                     …（３）
【００５１】
また、変数ｘjは圧縮機が運転しているか停止しているかを示す変数である。すなわち、運転または停止に対応して、０または１の整数値が対応する。
【００５２】
最適化計算結果の読み込みが行われ、最適化計算結果である０または１の整数値を圧縮機の状態が運転か停止に対応付けする。対応付けした結果に基づいて、圧縮機の起動停止を制御するか、或いは運転計画を立案する。また、運転コストデータは更新される。
【００５３】
圧縮機が運転状態か停止状態かにより、運転コストデータを修正する。例えば、停止状態の圧縮機ｊについては、数４で示すように、該当する通常の運転中の運転コストに、起動に要するコストを考慮する。
【００５４】
（数４）
ｃj＝ｃj＋（起動コスト）      …（４）
【００５５】
変数ｃjは、例えば、図５に示すように、圧縮機Ｂが停止状態の場合、起動に要するコストは、その他に記載のｑ2なので、停止状態の圧縮機Ｂ全体の運転コストをｐ2＋ｑ2として設定する。
【００５６】
数４で、圧縮機Ｂは２つ目の圧縮機なので、ｊは２であり、数５となる。
【００５７】
（数５）
ｃ2＝ｐ2＋ｑ2                 …（５）
【００５８】
数４では起動コストを加算したが、数１の目的関数によっては減算の場合もある。
【００５９】
同様に、運転状態の圧縮機ｊについては、定格運転中は費用が少なくて済む場合を考慮し、数６に示すように、運転コストを更新する場合もある。
【００６０】
（数６）
ｃj＝ｃj−（定格運転により減少する燃料コスト相当）      …（６）
【００６１】
数４および数６は、次回の最適化計算実行に反映される。
【００６２】
運転計画作成Ｆ７０では、最適化計算結果読み込みから運転計画を作成する。具体的には、時刻毎に圧縮機の起動停止パターンを出力する。出力する形式としては、表形式，ガントチャートなどがある。
【００６３】
Ｆ８０では、図２のＦ７０までで得た結果を書き出す等して出力する。なお、圧縮機の制御信号として出力する場合もある。
【００６４】
以上の計算を、エネルギー需要データ６００が入力される度か、または、定周期で実行する。定周期とは、エネルギー需要データ６００に記載の時刻間隔に従う場合、或いは時刻間隔の整数倍の間隔で実行する場合がある。
【００６５】
図４に示す（需要項目）の各需要値のエネルギー需要データ６００を、数２の制約条件の右辺のｂiの導出に用いる。
【００６６】
次に、最適化計算手段６１０における演算について詳述する。本実施例では、整数計画問題の解法として、ナップサック問題を適用する。
【００６７】
稼動状態の圧縮機グループと停止状態の圧縮機グループが与えられる。これは、数１および数２の変数ｘjの値に対応する。すなわち、変数ｘjが０または１何れかの運転状態を示す値の場合は、圧縮機ｊは稼動状態の設備機器グループ内にあり、変数ｘjが０または１何れかの停止状態を示す値の場合は、圧縮機ｊは停止状態の設備機器グループ内にある。
【００６８】
例えば、ｘjとして運転状態が１をとる場合には停止状態は０とし、その反対に運転状態が０をとる場合、停止状態は１とする。
【００６９】
整数計画問題求解処理では、数１と数２を解く。目的関数の最適化については、最大化または最小化とするが、本実施例では、最大化、すなわち数７とする。
【００７０】
（数７）
目的関数：Σｃj×ｘj → 最大化  （ｉ＝１，...，ｍ，ｊ＝１，...，ｎ）…（７）
【００７１】
そのため、本実施例では、停止状態の圧縮機グループで、大きな運転コストがかかるコスト効率の悪い圧縮機を含め、全圧縮機の運転コストの合計を最小化することができるか、その組み合せを求める。
【００７２】
次に、数２の右辺のｂi（需要量）については、停止状態の圧縮機による供給量と、図４に示すエネルギー需要データ６００の需要量との合計が、設備機器の最大供給能力を超えないようにする。何故なら、全圧縮機の供給量は、エネルギー需要データ６００の需要量をまかなう稼動中の圧縮機の供給量と停止状態の圧縮機の供給量との和であり、エネルギー需要データ６００の需要量をまかなう稼動中の設備機器の供給量は、エネルギー需要データ６００の需要量以上の関係にあるからである。
【００７３】
従って、
（停止状態の圧縮機能力）＋（需要量）＜＝（全圧縮機最大能力）
であり、
（停止状態の圧縮機能力）＜＝（全圧縮機最大能力）−（需要量）
となるので、数８となる。
【００７４】
（数８）
ｂi＜＝（全圧縮機最大能力）−（需要量ｉ）                   …（８）
【００７５】
数７および数８により、停止させる圧縮機の運転コストを最大化する問題を解くことで、エネルギー需要をまかなう製造プラントの全圧縮機の運転コストの最小化を満たすことができる。数８の如く制約条件をかけることで、図４に示すエネルギー需要データ６００に記載の需要データを下回らないように、停止する圧縮機に制約を満たした解を導出する。
【００７６】
数２および数８より、数９を得る。
【００７７】
（数９）
Σａij×ｘj＜＝ｂi＜＝（全機器最大能力）−（需要量ｉ）      …（９）
【００７８】
まず、ヘッダー圧力（ｉ＝１）について、数１０の関係になるように、添字ｊの順序を並べ替える。
【００７９】
（数１０）
ｃ1／ａ11＞＝ｃ2／ａ12＞＝ｃ3／ａ13＞＝ｃ4／ａ14＞＝        …（１０）
【００８０】
ｃjは、各圧縮機（ｊ＝１，２，…）の運転コストであり、ａijは、各圧縮機（ｊ＝１，２，…）の圧縮機性能（ｉ＝１（圧力））である。
【００８１】
数１０の順、すなわち、運転コストがかかるコスト効率の悪い各圧縮機の順（ｊ＝１，２，…）に数８のΣａij×ｘjの演算を行い、ヘッダー圧力に関して、数９の制約条件を満たし、かつ、数７を最大化、すなわち、停止した圧縮機の総コストが最大となる停止状態の圧縮機グループをナップサック法により求める。
【００８２】
続いて、供給能力（ｉ＝２）について、数１１のように、添字ｊの順序を並べ替える。
【００８３】
（数１１）
ｃ1／ａ21＞＝ｃ2／ａ22＞＝ｃ3／ａ23＞＝ｃ4／ａ24＞＝        …（１１）
【００８４】
なお、ｃjは、各圧縮機（ｊ＝１，２，…）のコストであり、ａijは、各圧縮機（ｊ＝１，２，…）の圧縮機性能（ｉ＝２（供給能力））である。
【００８５】
数１１の順、すなわち、運転コストがかかりコスト効率の悪い圧縮機の順（ｊ＝１，２，…）に数８のΣａij×ｘjの演算を行い、供給能力に関して、数９の制約条件を満たし、かつ、数７を最大化、すなわち停止した圧縮機の総コストが最大となる停止状態の圧縮機グループをナップサック法により求める。
【００８６】
この供給能力に関する計算結果により、供給能力に関して停止状態の圧縮機グループに入った圧縮機で、供給能力に関して稼動状態の圧縮機グループに入った圧縮機があれば、最終的に稼動状態とする。これが、圧縮機の制約を満たした解となる。
【００８７】
以上、エネルギー項目がヘッダー圧力および供給能力の場合を説明したが、エネルギー項目が３以上の場合も同様に、各エネルギー項目で、それまでのエネルギー項目の計算で未稼動状態の圧縮機で、エネルギー項目の計算で稼動状態にすべき圧縮機が現れた場合には、稼動状態にするという解法で解くことができる。
【００８８】
なお、上記解法は一例を示したものであり、これ以外の解法を適用してもよく、この解
法に限定されない。
【００８９】
このように、最適化計算を実行した結果、圧縮機Ａが停止、圧縮機Ｂが稼動、圧縮機Ｃが稼動を継続する結果となった場合、すなわち、
設備機器Ａ：稼動状態→停止状態
設備機器Ｂ：停止状態→起動状態
設備機器Ｃ：稼動状態継続
の場合、運転コストデータは以下のように更新する。
【００９０】
圧縮機Ａは、稼動状態から停止状態となるので、運転コスト変数ｃ1は、通常の運転コストｐ1に起動コストｑ1が加算され、運転コスト変数ｃ1は、数１２のようになる。
【００９１】
（数１２）
ｃ1＝ｐ1＋ｑ1      …（１２）
【００９２】
圧縮機Ｂは、停止状態から起動状態となるので、運転コスト変数ｃ2は、通常の運転コストから電力節約コストｒ2が減算され、運転コスト変数ｃ2は、数１３のようになる。
【００９３】
（数１３）
ｃ2＝ｐ2−ｒ2      …（１３）
【００９４】
なお、ｒ2は圧縮機Ｂが稼動状態を継続したことによる電力節約コストを示すものである。
【００９５】
圧縮機Ｃは、稼動状態を継続するので、運転コスト変数ｃ3は、通常の運転コストｐ3であり、数１４のようになる。
【００９６】
（数１４）
ｃ3＝ｐ3          …（１４）
【００９７】
このように、運転コスト変数ｃjを更新することにより、運転中の圧縮機は、出来るだけ運転を継続し、停止中の圧縮機は、できるだけ停止を継続することにより、起動コストを削減したり、電力節約コストを生み出したりして、製造プラントの運転における低コスト化を図ることができる。
【００９８】
この結果から運転台数設定部５２では、例えば単位時間毎の運転する台数と運転する圧縮機が設定される。
【００９９】
図７は、本実施例の制御方法により算出される吐出圧力供給能力とヘッダー圧力、および生産負荷として予測された圧縮空気使用量を図示した一例である。本実施例の制御方法により、吐出圧力供給能力は、ヘッダー圧力を上回るよう導出されるが、生産負荷に応じて、供給能力と実際の圧力との間の余裕度を可変としている。例えば、休憩時間などにより生産負荷が低下することが予め予測できる場合、その時間に対応する供給能力を下げ、過剰供給を防ぐようにする。
【実施例２】
【０１００】
本発明の実施例２を図８から図１１により説明する。図８は、本実施例の空気圧縮設備を具備した製造プラントの構成図である。
【０１０１】
本実施例の製造プラントは、図１に示す実施例１と同様に構成されているが、本実施例では、冷却媒体７１と回収媒体７２の管理部７０を備えており、管理部７０は、空気圧縮設備１０をもつ生産設備全体を管理対象としており、冷却媒体は、圧縮空気の冷却以外にも用いられる。本実施例ではエネルギー需要予測部６１は、管理部７０から冷却媒体および回収媒体の供給能力を読み込む。
【０１０２】
省エネルギー制御部６０は、実施例１と同様に、エネルギー需要予測部６１，供給能力判定部６２、および実績ＤＢ６３で構成されている。
【０１０３】
エネルギー需要予測部６１は、空気圧縮設備１０からエネルギー使用量として、例えば電力量を読み取る。生産設備２０から生産負荷として、例えば末端圧力や圧縮空気使用量を読み取る。ヘッダー３０からは、ヘッダー圧力を読み取る。また、これらエネルギー使用量，生産負荷、およびヘッダー圧力の実績値は実績ＤＢ６３に保存し、エネルギー需要予測において学習データとして用いる。
【０１０４】
供給能力判定部６２は、エネルギー需要予測値を用いて、空気圧縮設備１０による圧縮空気の供給能力を判定し、吐出圧力目標値と圧縮機運転台数を算出する。この場合、エネルギー需要の対象は、すくなくとも圧縮空気であり、予測した圧縮空気の使用量をもとに圧縮機制御を行う。
【０１０５】
図９は、本実施例の一連の処理をフローチャートで記述した図である。ステップＦ１０で、エネルギー使用量，ヘッダー圧力値、および生産負荷を読み込み、ステップＦ２０で、エネルギー使用実績を読み込み、ステップＦ２５で冷却能力を読み込み、ステップＦ３０でエネルギー需要を計算する。ステップＦ３０で計算されたエネルギー需要予測結果を受けて、ステップＦ４０で、圧縮空気の供給能力を判定し、ステップＦ５０で吐出圧力制御を行い、ステップＦ６０で運転台数設定を実行する。ステップＦ７０で、運転計画を作成し、ステップＦ８０で作成された運転計画をプリンタ或いは画面に出力する。
【０１０６】
図７は、本実施例の吐出圧力供給能力とヘッダー圧力、および圧縮機の冷却能力の時間変化を図示した一例である。吐出圧力供給能力は、ヘッダー圧力を上回るよう導出されるが、冷却能力が低下した場合はそれにともない、供給能力と実際の圧力との間の余裕度を可変とする。すなわち、他の生産設備で冷却媒体を通常よりも使用するため、冷却能力を低下させることが予め予測できる場合、その時間に対応する供給能力を下げ、過剰供給を防ぐようにする。
【０１０７】
図１０は、本実施例の制御方法を適用した結果、得られた圧縮空気設備の運転計画をガントチャートで示した例を示す。図１１は、図２および図９に示すステップＦ８０で書き出した図である。５台の圧縮機の起動停止スケジュールを表示することで、ユーティリティ設備の運転計画を操作員に提示することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
各実施例では、エネルギー使用対象として電力量を用いたが、これに限定されるものではなく、空気圧縮設備の圧縮機に関連するユーティリティについて適用可能である。また、圧縮機冷却媒体や冷却により回収した排熱媒体の状態量、たとえば供給能力を台数制御にて考慮することが可能となり、圧縮空気を用いる多くの生産設備に適用可能である。また、省エネルギー監視や、温暖化ガス排出量管理にも適用可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０  空気圧縮設備
２０  生産設備
３０  ヘッダー
５０  制御部
６０  省エネルギー制御部
７０  管理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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